CN103308383B - 平面变角可加载相似模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面变角可加载相似模拟实验装置，包括变角装置、加载装置、上固定装置及下固定装置，其特征在于：所述变角装置包括微调变角装置与紧固变角装置，且与上固定装置、下固定装置相连，所述的加载装置包括加载千斤顶、上承压板上垫、上承压板下垫、下承压板及力传感器，并通过上紧固螺栓与上固定装置顶端相接，力传感器通过线路与计算机数据采集系统相接，所述的上固定装置包括左安装架及右安装架及底安装架，且三架通过焊接成为一体，所述的下固定装置为实验装置底支承架。本发明还公开了应用上述装置进行平面变角可加载相似模拟实验的方法。本发明装置具有设计合理、角度可调、便于加载、方法操作简便及易于实现等优点，能够精确模拟岩土、地质、矿山等工程环境的倾角及承压载荷的变化，满足相似模拟实验的需要。

Description

平面变角可加载相似模拟实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及相似模拟实验装置及实验方法，特别涉及到用于岩土、地质、矿山等相似模拟实验装置及实验方法，属于实验仪器设备领域。

背景技术

由于地下工程环境的复杂性及难于现场研究的制约，相似模拟实验成为了实现此类岩土、地质及矿山等复杂工程环境再现的一种重要科学研究手段。基于相似模拟理论和不同的研究目的，通过对岩层、硐室、坝体、边坡及巷(隧)道等研究内容的相似模拟实验，可以得出相关的技术参数，为实际工程的应用提供依据。而随着地下工程环境的进一步复杂化，对其相似模拟实验装置及实验方法的要求越来越高，而现有相似模拟实验装置在很大程度上难于适应复杂工程环境模拟的需要。

传统的相似模拟实验装置分为加载相似模拟实验装置及转角相似模拟实验装置。加载相似模拟实验装置的加载机构为千斤顶，其加载数据主要是通过油路控制而实现，数据精度较低，且一般也只能模拟水平层面的加载实验。转角相似模拟实验装置为手动钢索控制，模型架角度不易控制、自稳性差、危险性大，经常造成装填模型的倒塌，同时转角相似模拟实验装置模拟的尺寸也相对较小。此两种相似模拟实验装置功能单一、利用率低，且均不能同时实现变角可加载相似模拟实验的需要，资源浪费严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述平面加载相似模拟实验装置不能实现变角、加载数据精度低及平面转角相似模拟实验装置不能加载、变角精度低、自稳性差的缺点，提供一种具有设计合理、角度可调、便于加载、方法操作简便及易于实现平面变角可加载相似模拟实验装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种平面变角可加载相似模拟实验装置，包括变角装置、加载装置、上固定装置及下固定装置，其特征在于：所述变角装置与上固定装置及下固定装置相接，所述的加载装置包括加载千斤顶、上承压板上垫、上承压板下垫、下承压板及力传感器，并通过上紧固螺栓与上固定装置相接，所述的下固定装置为实验装置底支承架。

进一步，所述的变角装置是包括通过变角侧千斤顶两档伸缩的微调变角装置及变角侧千斤顶通过变角滑体在底支承座变角滑槽内移动的紧固变角装置，且变角滑体上螺栓与调试后变角滑槽内螺孔紧固连接。

进一步，所述的紧固变角装置可在底支承座变角滑槽内移动，且变角滑体上螺栓与调试后变角滑槽内螺孔紧固连接。

进一步，所述的力传感器通过线路与计算机数据采集系统相接。

进一步，所述的加载装置为千斤顶升降装置，加载千斤顶通过顶紧固螺栓及加载千斤顶底盘固定在下承压板上，加载千斤顶上部通过上承压板下垫下设置的下承压板槽孔进行固定，上承压板上垫与上承压板下垫间设置力传感器，且力传感器通过线路与外部计算机数据采集系统相连。

进一步，所述的上固定装置包括左安装架、右安装架、底安装架及槽钢，左安装架与右安装架均通过下部焊接与底安装架相接，左安装架与右安装架上部设置加载装置，并通过上紧固螺栓相连，左安装架、底安装架、右安装架前后两侧安装水平方向的槽钢，并在对应的左安装架螺孔、底安装架螺孔和右安装架螺孔通过连接螺栓进行紧固组成装填空间。

进一步，所述的下固定装置包括底支承座、挡板及变角调试盘。

进一步，所述的变角调试盘上设有变角滑槽与变角刻度盘。

本发明还涉及一种应用上述平面变角可加载相似模拟实验装置进行相似模拟实验的方法，包括以下步骤：

(1)实验装置装填相似材料时，转动紧固螺栓至取下左安装架与右安装架上端的上承压板上垫与上承板下垫，并将上承压板下垫中的力传感器连线和计算机数据采集系统相接；

(2)升起变角底千斤顶使固定在一起的左安装架、右安装架及底安装架沿变角转轴转动，同时，调试变角侧千斤顶位置使左安装架、右安装架及底安装架达到指定角度，固定变角底千斤顶及变角侧千斤顶，使上固定装置达到稳定状态；

(3)在左安装架、底安装架、右安装架前后两侧安装水平方向的槽钢，并在对应的左安装架螺孔、底安装架螺孔和右安装架螺孔通过连接螺栓进行紧固组成装填空间，根据实验配比要求在装填空间装填相似材料，并按一定力度夯实。

(4)在上固定装置组成的装置空间内根据实验配比要求装填相似材料，并按一定力度夯实；

(5)通过变角装置中变角侧千斤顶及变角底千斤顶将装填相似材料后的上固定装置通过变角转动轴转动放回原位，在底安装架右侧通过固定螺栓与底支承座紧固；

(6)在装填相似材料上放置下承压板及加载千斤顶，在左安装架及右安装架的上端安装上承压板下垫及上承压板上垫，使力传感器上下面与上承板下垫、上承压板上垫的上下面接触完好；

(7)安装上紧固螺栓使上承压板下垫、上承压板上垫两端与左安装架、右安装架顶部连接，升加载千斤顶使其顶部进入上承压板槽孔内；

(8)去掉紧固槽钢的螺栓，卸掉固定在左安装架、右安装架及底安装架上的槽钢，暴露装填材料至风干；

(9)在相似材料上端对加载千斤顶按照设定载荷值进行加载，开挖相似材料上实验模型，记录实验现象及数据。

本发明的优点和有益效果是：采用计算机可控制的加载装置及千斤顶控制的高精度变角装置，实现了平面可加载相似模拟实验装置与平面转角相似模拟实验装置的组合，能较好地满足地下复杂工程环境相似模拟实验的需要。本发明具有具有设计合理、角度可调、便于加载、方法操作简便及易于实现等优点，能够精确模拟岩土、地质、矿山等工程环境的倾角及承压载荷的变化，满足相似模拟实验的需要。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为图1的左视图。

图3为图1的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步地说明。

如图1所示，本发明的平面变角可加载相似模拟实验装置由变角滑槽1、变角刻度盘2、挡板3、变角滑体4、变角千斤顶底侧转轴5、变角紧固栓6、变角转轴7、变角侧千斤顶8、变角底千斤顶9、底安装架螺孔10、变角千斤顶侧转轴11、连接螺栓12、槽钢13、左安装架14、左安装螺孔15、下承压板16、加载千斤顶底盘17、顶紧固螺栓18、上承压板把手19、上紧固螺栓20、上承压板下垫21、力传感器22、上承压板槽孔23、力传感器连线24、上承压板上垫25、加载千斤顶26、右安装架螺孔27、右安装架28、底安装架29、变角千斤顶内转轴30、固定螺栓31、底紧固螺栓32、变角内千斤顶底盘33和底支承座34组成。

变角装置由变角滑体4、变角千斤顶底侧转轴5、变角紧固栓6、变角转轴7、变角侧千斤顶8、变角底千斤顶9、变角千斤顶侧转轴11、变角千斤顶内转轴30、底紧固螺栓32及变角内千斤顶底盘33组成。变角底千斤顶9上下端通过变角千斤顶内转轴30与底紧固螺栓分别连接于上固定装置的底安装架29与底支承座34上。变角侧千斤顶通过变角千斤顶侧转轴11与变角千斤顶底侧转轴5分别连接于左安装架14与变角滑体4上，变角滑体4与底固定装置上的变角滑槽1连接。变角装置通过变角底千斤顶9升降、变角侧千斤顶8的调试与变角紧固栓6的固定完成上固定装置精确变角。

加载装置由下承压板16、加载千斤顶底盘17、顶紧固螺栓18、上承压板把手19、上紧固螺栓20、上承压板下垫21、力传感器22、上承压板槽孔23、力传感器连线24、上承压板上垫25与加载千斤顶26组成。力传感器22位于上承压下垫21与上承压板上垫25之间，且力传感器22的上下面分别与上承压板上垫25下面及上承压板下垫21上面完全接触，上承压板上垫25、上承压板下垫21的两端分别通过上紧固螺栓20与左安装架14、右安装架28的顶部紧固，力传感器连线24与计算机数据采集系统相接。加载千斤顶26上端位于固定在上承压板下垫21上的上承压板槽孔23内，下端通过加载千斤顶底盘17、顶紧固螺栓18与下承压板16固定。之后升加载千斤顶26使下承压板16与装填模型面上部均匀接触，对装填模型加载，并通过计算机数据采集系统对加载数据进行记录。

上固定装置由底安装架螺孔10、连接螺栓12、槽钢13、左安装架14、左安装架螺孔15、右安装架螺孔27、右安装架28、底安装架29与固定螺栓31组成。左安装架14与右安装架28均通过下部焊接与底安装架29相接，左安装架14与右安装架28上部设置加载装置，槽钢13两端通过连接螺栓12与左安装架14、右安装架28、、底安装架29、前后面根据角度进行固定，组成相似材料的装填空间。

下固定装置由变角滑槽1、变角刻度盘2、挡板3、变角转轴7与底支承座34组成。变角刻度盘2对应相应的变角螺孔，装填模型时通过变角转轴7使上固定装置转动变角，模型变角装填完成并放回时，将底支承座34通过固定螺栓31与上固定装置进行紧固。

在进行平面变角加载相似模拟实验时，操作者首先要在左安装架14和右安装架28的顶部转动上紧固螺栓20至取下上承压板上垫25与上承压板下垫21，并将上承压板上垫25与上承压板下垫21间的力传感器连线24和计算机数据采集系统相接。

升起变角底千斤顶9使固定在一起的左安装架14、右安装架28及底安装架29沿变角转轴7转动，同时，调试变角侧千斤顶9的位置使左安装架14、右安装架28及底安装架29达到指定角度，固定变角底千斤顶9及变角侧千斤顶8，使上固定装置达到稳定状态。

在左安装架14与底安装架29、右安装架28前后两侧安装水平方向的槽钢13，并在对应的左安装架螺孔15、底安装架螺孔10和右安装架螺孔27通过连接螺栓12进行紧固，使左安装架14、右安装架28、底安装架29与连接前后面的槽钢13组成相似模拟材料的装填空间，根据实验配比要求在装填空间装填相似材料，并按一定力度夯实。

通过变角装置中的变角侧千斤顶及变角底千斤顶将装填相似材料后的上固定装置通过变角转轴7转动放回原位，在底安装架29右侧通过固定螺栓31与底支承座34紧固。

在装填相似材料上放置下承压板16及加载千斤顶26，在左安装架14及右安装架28的上端安装上承压板下垫21及上承压板上垫25，使力传感器22上下与上承板下垫21、上承压板上垫25的上下面接触完好，安装上紧固螺栓20使上承压板下垫21、上承压板上垫25两端与左安装架14、右安装架28顶部连接，升加载千斤顶26使其顶部进入上承压板下垫21的上承压板槽孔23内。

去掉紧固槽钢的连接螺栓12，卸掉固定在左安装架14、右安装架28及底安装架29上的槽钢13，暴露装填材料至风干。

在相似材料上端对加载千斤顶26按照设定载荷值进行加载，开挖相似材料上实验模型，记录实验现象及数据。

本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述，而是根据权利要求加以限定。

Claims (6)

1.一种平面变角可加载相似模拟实验装置，包括变角装置、加载装置、上固定装置及下固定装置，其特征在于：所述变角装置与上固定装置及下固定装置相接，所述的加载装置包括加载千斤顶、上承压板上垫、上承压板下垫、下承压板及力传感器，并通过上紧固螺栓与上固定装置相接，所述的下固定装置为实验装置底支承架；

所述的变角装置由变角滑体、变角千斤顶底侧转轴、变角紧固栓、变角转轴、变角侧千斤顶、变角底千斤顶、变角千斤顶侧转轴、变角千斤顶内转轴、底紧固螺栓及变角内千斤顶底盘组成；变角底千斤顶上下端通过变角千斤顶内转轴与底紧固螺栓分别连接于上固定装置的底安装架与底支承座上；变角侧千斤顶通过变角千斤顶侧转轴与变角千斤顶底侧转轴分别连接于左安装架与变角滑体上，变角滑体与底固定装置上的变角滑槽连接；变角装置通过变角底千斤顶升降、变角侧千斤顶的调试与变角紧固栓的固定完成上固定装置精确变角；

所述的上固定装置包括左安装架、右安装架、底安装架及槽钢，左安装架与右安装架均通过下部焊接与底安装架相接，左安装架与右安装架上部设置加载装置，并通过上紧固螺栓相连，左安装架、底安装架、右安装架前后两侧安装水平方向的槽钢，并在对应的左安装架螺孔、底安装架螺孔和右安装架螺孔通过连接螺栓进行紧固组成装填空间。

2.根据权利要求1所述的平面变角可加载相似模拟实验装置，其特征在于：所述的力传感器通过线路与计算机数据采集系统相接。

3.根据权利要求1所述的平面变角可加载相似模拟实验装置，其特征在于：所述的加载装置为千斤顶升降装置，加载千斤顶通过顶紧固螺栓及加载千斤顶底盘固定在下承压板上，加载千斤顶上部通过上承压板下垫下设置的上承压板槽孔进行固定，上承压板上垫与上承压板下垫间设置力传感器，且力传感器通过线路与外部计算机数据采集系统相连。

4.根据权利要求1所述的平面变角可加载相似模拟实验装置，其特征在于：所述的下固定装置包括底支承座、挡板及变角调试盘。

5.根据权利要求4所述的平面变角可加载相似模拟实验装置，其特征在于：所述的变角调试盘上设有变角滑槽与变角刻度盘。

6.一种应用权利要求5所述的平面变角可加载相似模拟实验装置进行平面变角可加载相似模拟实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)实验装置装填相似材料时，转动紧固螺栓至取下左安装架与右安装架上端的上承压板上垫与上承板下垫，并将上承压板下垫中的力传感器连线和计算机数据采集系统相接；

(2)升起变角底千斤顶使固定在一起的左安装架、右安装架及底安装架沿变角转轴转动，同时，调试变角侧千斤顶位置使左安装架、右安装架及底安装架达到指定角度，固定变角底千斤顶及变角侧千斤顶，使上固定装置达到稳定状态；

(3)在左安装架、底安装架、右安装架前后两侧安装水平方向的槽钢，并在对应的左安装架螺孔、底安装架螺孔和右安装架螺孔通过连接螺栓进行紧固组成装填空间，根据实验配比要求在装填空间装填相似材料，并按一定力度夯实；

(4)在上固定装置组成的装置空间内根据实验配比要求装填相似材料，并按一定力度夯实；

(5)通过变角装置中变角侧千斤顶及变角底千斤顶将装填相似材料后的上固定装置通过变角转动轴转动放回原位，在底安装架右侧通过固定螺栓与底支承座紧固；

(6)在装填相似材料上放置下承压板及加载千斤顶，在左安装架及右安装架的上端安装上承压板下垫及上承压板上垫，使力传感器上下面与上承板下垫、上承压板上垫的上下面接触完好；

(7)安装上紧固螺栓使上承压板下垫、上承压板上垫两端与左安装架、右安装架顶部连接，升加载千斤顶使其顶部进入上承压板下垫的上承压板槽孔内；

(8)去掉紧固槽钢的连接螺栓，卸掉固定在左安装架、右安装架及底安装架上的槽钢，暴露装填材料至风干；

(9)在相似材料上端对加载千斤顶按照设定载荷值进行加载，开挖相似材料上实验模型，记录实验现象及数据。